JPS6036631A - アルミニウム合金鋳塊の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、７月ペニウム合金鋳塊の製造方法に係り、特
に固化時に偏析を生じ易いＡ４合金、例えばＡｐ−Ｌｉ
（リチウム）合金等の鋳塊を健全な状態で製造し得る方
法に関するものである。

例えば、Ａｎ　２．３ｗＬ％Ｌ　ｉ合金は、軽量でヤン
グ率も約８０．５ＧＰａと高く、将来性の高いＡｐ金合
金ある。しかし、Ｌｉ（リチウム）を含むため、水素ガ
スを吸収し易く、かつＬ　ｉ成分が偏析し易い性質があ
る。そのため、従来の金型鋳造法あるいは直接冷却鋳型
を用いた連続鋳造法（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｈｉｌｌ法）に
よってＡｆｆ−Ｌｉ合金鋳塊を製造すると、ＡＩｌ！成
分とＬ　ｉ成分との固化条件が異なるため、鋳塊の内部
組織にＬ　ｉが多い部分とＬｉが少ない部分とが生して
、本来得られるべき物性が低下し、健全な鋳塊を製造す
ることは困難であった。

このようなことは、Ａｐ−Ｌ　ｉ合金鋳塊の製造の場合
に限らず、例えば７％［−５ｍ　（ザマリウム）やＡｐ
−Ｃａ（カルシウム）等の合金鋳塊を製造する場合でも
同様に存在する問題であった。

ここにおいて、本発明は、上記のような事情に鑑みて為
されたものであり、その目的とするところは、Ａｐ−Ｌ
　ｉ合金等の鋳塊を、偏析を克服して、高品質で健全に
製造し得る製造方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明にあって（３１″
、不活性ガス雰囲気に保たれた室内に、少なくとも噴霧
手段および造形手段を配し、Ａ　１２−　Ｌ　ｉ合金祠
料等のアルミニウム合金利利を所定の熔解手段にて溶解
せしめた後、その溶解さ、１１．７〜合金溶湯を上記噴
霧］′段に導き、その噴霧手段によって微細粒子状に噴
霧ゼしめ、そしてかがる噴霧によって形成される微細粒
子が完全には固化しない間に、それら粒子を集めて、上
記造形手段によって所望の鋳塊に形成するようにしたの
である。

なお溶解手段は、噴霧手段および造形手段とともに不活
性ガス雰囲気に保たれた室内に設置ることもできるし、
あるいは空気による酸化等が防止された状態で室外Ｃ砦
容解手段を設（Ｊ、溶解された合金鋳塊を給湯路等で」
−記室内に導くようにしてもよい。

そ１〜で、合金鋳塊を一旦微細粒子状に噴霧せしめるこ
とによって、Ａ７！成分と合金成分との析出時期に大き
な隔たりが牛しることが改善されて、Ｌ　ｉ等の合金成
分の偏析が抑えられ、さらに、それら微細粒子を完全に
は固化しない間に集めて鋳塊とすることに６１、す、鋳
塊の組織が微細粒子を絹織屯位とする均一なものとなり
、健全な鋳塊を得ること力くできるのである。また、ミ
クＴｅｌ的にみて噴霧用Ｕ７められた微細粒ｔに仮に偏
析が生ずることかあっても、マクじ１的にめればそれら
が集合した鋳塊の組織は実質的に均一・なものであり、
高品質のＡｐ合金鋳塊が１ｆられることとなったのであ
る。

とこ７）で、本発明の実施にあたっては、図面に示され
るよ・うな製造装置が好適に用いられることとなる。以
下では、まずその装置の概要について説明を加えること
とする。

図において、２は装置ハウジングであり、その内部に不
活性ガス雰囲気に保たれるべき密閉室（チャンバ）４が
形成されている。ハウジング２の外部には、チャンバ４
内の空気を抜き取るための真空ポンプ６が設げられてお
り、バルブ８が開かれた状態で作動さ一ロられるよ・う
になっている。密閉室４内の上部には、所定のアルミニ
ウム合金溶湯（例えば八ｅ−Ｌ　ｉ合金溶？＆）を１１
ｙ容するためのクンデソシュ１０が配置されており、図
示はしないがタンデソシュ１０の外周部に設けられたコ
イルに外部電源から電力が供給されることによって、タ
ンデソシュＩＯ内に収容される合金溶湯１２が所定の温
度に保たれるようになっている。

そして、かかるタンデソシュ１０への溶湯１２の供給の
ために、密閉室４内には溶解手段として、例えば高周波
誘導炉あるいは電気抵抗溶解炉等の所定の溶解炉Ｉ４が
設げられており、その溶解炉１４で得られる合金溶湯１
２が樋（あるいは給湯管）１６を通してタンデフシュ１
０内に（Ｊｊ給されるのである。

そして、タンデソシュ１０の底合１；にム、［ン容ｌ几
流下ノズル１８が設げられ、そのノズルＩ８を通じて溶
ｆｊｉ１２が下方に流下せしめられ得るようになってい
る。また、１１８湯流下ノズル１８の開閉（場合によっ
てば流Ｍ制御）は、シリンダ２０によって作動せしめら
れるストッパロッド２２にて行われるようになっている
。

さらに、／８湯流下ノズル１８に近接して、その下側に
は、ノズ／Ｉ用８の周囲を取り巻くようにしてガス噴出
ノズル２４が設けられており、その溶湯流下ノズル１８
の下側間「１部の周囲から高速の不活性ガス気流を噴出
せしめ得るようになっている。このガス噴出ノズル２４
ば、不活性ガス供給管２６を通じて、図示しない外部の
不活性ガス貯蔵タンクに接続されており、その不活性ガ
ス供給管２６の途」二にはバルブ２８が設げられて、不
活性ガスの供給を制御し得るようにされている。このバ
ルブ２８および前述のシリンダ２０は、ともに起動スイ
ッチ３０に接続されており、そこからの信号に基づいて
作動せしめられることとなる。

なお、ガス噴出ノズル２４から噴出せしめられる不活性
カスとしては、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス等が
採用可能であり、また窒素ガスを用いることもでき、そ
れも不活性ガスに含むものとする。そして、ガス噴出ノ
ズル２４から噴出せしめられる不活性ガスは、タンデソ
シ、ｊ、１０の溶湯流下ノズ月月８から流下する合金溶
湯１２を微細粒状状に噴霧せしめる作用を為すが、また
密閉室４内を不活性ガス雰囲気に保つ役割をも果たすこ
ととなる。

密閉室４内の圧力は圧力計３２によって検知され、その
圧力値が圧力自動調整器３４に入力され、かかる圧力自
動調整器３４ば密閉室４内の圧力が一定値１シしに（例
えば０．２ｋｇ　／　ｃ＋Ａゲージ）になると、ＪＪＩ
気バルブ３６を作動させて密閉室４内の圧力かそれ以１
・にば上がらないようにされている。また密閉室４内？
、こ許容される以−にの酸素が存在すると、噴霧される
合金ン容湯に酸化（著しい場合（１１発火）が惹起され
るため、密閉室４内の酸素Ｍを酸素ａ１３８で監視し得
るようになっている。

一方、ガス噴出ノズル２４のさらに下方には、Ｉ−記密
閉室４内に位置して一対ずつのプーリ４０が、それぞれ
」二下方向に一定の間隔をおいて回転可能に設けられ、
それら各組のプーリ４０にばそれぞれ無限ベルト４２が
架は渡され、各ヘルド４２の互、いに内（…ｌにおいて
対向するヘルド面が、垂直方向に延びるように平行に対
向させられている。

また図示はしないが、紙面に直角な方向において互いに
対向する一対の型プレートが垂直方向に延びるように設
けられ、その結果、ガス噴出ノズル２４の下方に、微細
粒子状に噴霧せしめられる合金溶湯の粒子を導き入れる
べき四角柱状の造形空間が形成されている。

また、かかる粒子に接する位置のベルト４２部分を冷却
するために、例えば水冷式の冷却装置４４がそれぞれ設
けられ、さらにヘルド４２の外側からもそれを冷却し７
得るように同様の冷却装置４６が設けられている。なお
、ベルト４２の内側に設けられた冷却装置４４は、合金
溶湯の微細粒子を冷却する作用をも為すこととなる。

そし７て、合金／８湯の粒子が導き入れられるべき前記
四角柱状の造形空間には、造形開始の段階でダミーブロ
ック４８が収容されて、噴霧される合金溶湯の粒子をそ
れで受けることとなる。この場合、かかるダミーツーコ
ック４８ならびに前記プーリ４０．無限ヘルド４２お、
Ｌび図示しない型プレート、さらにＬ：ｌ冷却装置４４
．４６等から、造形（造塊）手段が構成されているので
ある。

以上のように構成された製造装置を用いて本発明を実施
するるこ当たっては、予めバルブ８を開状態として真空
ポンプ６を作動させ、密閉室４内を好ましくは５Ｔｏｒ
ｒ以下に減圧し、バルブ８を閉した状態でガス噴出ノズ
ル２４から不活性ガスを導入して、密閉室４内に不活性
ガスを充満させるよ・うにする。

そのように密閉室４内が不活性ガス雰囲気に保たれた状
態で、所定のアルミニウム合金材料、例えばＡλ−Ｌ　
ｉ合金材料等を溶解炉１４内においで、高周波誘導加熱
や電気抵抗加熱等、適宜の加熱手段により溶解せしめ、
その溶解された合金溶湯を樋１６を介して、ストッパロ
ッド２２により溶湯流下ノズル１８が閉塞された状態の
タンデフシュ１０内に注入する。

そして、起動スイッチ３０を操作すると、シリンダ２０
が作動してストッパロッド２２が上昇し、溶湯流下ノズ
ル１８が開放状態とされて、そこから合金溶湯１２が下
方に流下せしめられる。それと同時にバルブ２８が開か
れて、不活性ガス供給管２６を通じてガス噴出ノズル２
４に導かれた不活性ガスが、そこから高速の不活性ガス
気流となって噴出せしめられ、それによって流下する合
金溶湯１２をＷｉ細細粒状状噴霧せしめるのである。

そして、噴霧せしめられた合金溶湯１２の微細粒子５０
は、下方に落下、浮遊するうちに、密閉室４内の不活性
ガス雰囲気によって冷却され、固化が進行するが、かか
る微細粒子５０が完全には固化しない間に、それら粒子
５０をガス噴出ノズル２４の下方に設けられた造形空間
、すなわち相対向する無限ベルト４２と図示しない型プ
レートとによって構成される空間に集め、それら粒子の
自重を利用して凝集固化せしめ、目的とするＡｐ−１，
ｉ合金等の鋳塊５２を製造するのである。

ダミーブロック４８は、鋳塊製造の初期においては、上
記造形空間内のガス噴出ノズル２４に近い側に位置せし
められ、造形が進むに従って漸次下方に移動し、そして
その移動に追従して、各無限ベルト４２の合金鋳塊５２
に接する部分がグミ０ −ブ１コック４８と同方向に移動し、それに伴って各組
のプーリ４０が矢印で示す向きに回転することとなる。

それらプーリ４０および無限ベルト４２等は、凝固し若
しくは凝固しつつある合金鋳塊５２の下方への移動を案
内する機能を存しているのである。

ところで、Ａ　１−Ｌ　４合金材料等を溶融せしめ、従
来の方法に従ってそれを造形型内に導いて直接に冷却固
化させると、Ａρ成分とＬ　ｉ成分との析出温度の相違
により、Ｌ　ｉ成分が著しい偏析を起こして、健全な鋳
塊を（Ｍることか困難である。

それに対し、本発明に従って合金溶湯１２を不活性ガス
の噴出により微細粒子状に噴霧せしめれば、各々の不活
性ガス雰囲気に接触する接触面積が増大し、それら微細
粒子の冷却がいわば急激に行われ（４るために、Ａβ成
分と■、ｉ成分との析出時期に大きな隔たりが生ずるこ
とが回避され、■。

ｉ成分の偏析を効果的に抑えることができるのである。

しかも、それら粒子が上記造形空間に集められて凝固せ
しめられる過程では、個々の微細粒１ 子を超えて結晶析出が生ずることは実質的に起こり難く
、それ故、噴霧せしめられた微細粒子に滞空している段
階でミクロ的に見である程度の偏析が生したとしても、
造形空間に集められて固化してＵ２まえば、そのような
偏析が合金鋳塊５２の組織にもたらす影響はマクロ的に
見て殆ど無視できる。その結果、実質的に均一な組織、
すなわちＡｐ成分中にＬ　ｉ成分が実質的に均一に分布
する組織と成すことができ、物性に優れた高品質かつ健
全なＡ７！合金鋳塊５２が得られるのである。

また、合金？′ｇ湯１２が不活性ガス雰囲気中で微粒化
せしめられるため、不活性ガスと微細粒子間との界面が
広く、それ故水素ガス等の効果的な脱ガスができ、水素
ガス等の残留による鋳塊の脆化も有効に防げるのである
。

なお、不活性ガス噴霧によって形成される合金／８湯１
２の微細粒子があまりに溶滴に近い状態で集められると
、微細粒子状に噴霧せしめる効果がそれ程得られず、そ
れら粒子が集められて凝固する時に粒子間を超えて偏析
が生じやすくなり、−２ 方かかる微細粒子の固化の程度が高すぎると、（ＩＮ々
の粒子を凝固、結合せしめることが難しくなる。

そのようなことから、合金溶湯１２の噴霧によって得ら
れる微細粒子は、固相率が３０〜７０％、換言すれば液
相率が７０〜３０％程度であることが好ましく、かかる
状態の微細粒子を集めて合金鋳塊５２を形成することが
望ましいのである。

そして、そのような固相率が得られるように、ガス噴出
ノズ／ｌ＜２４から噴出せしめられる不活性ガスの単位
時間当りの流量、そのノズル２４の形状、さらにクンプ
ツシ＝Ｌ１０の溶湯流下ノズル１８からの単位時間当り
の溶湯流下量、加えて微細粒子５０の滞空時間、さらに
は不活性ガス雰囲気の温度等を適宜に選ぶことが推奨さ
れるのである。

また、噴霧化される微細粒子の粒径は、上記のような種
々の条件との兼ね合いもあるため、−概には言えないが
、概ね１０〜５００７７　ｍ程度の範囲となるようにす
ることが望ましく、そのような粒径および」二記のよう
な固相度を保つには、かなり高速の不活性ガスの流れを
惹起せしめ得る超高３ 速噴霧ノズル２４を用いることが好ましい。

なお、図に示す具体例では、微細粒子を導き入れる空間
の２面が無限ヘルド４２で画定されるようになっていた
が、残る２面をも全く同様の無限ヘルド４２で画定する
ようにして、そこに冷却装置を設けるようにすることも
できる。あるいはそのような無限ベルト４２を用いない
で、適宜の冷却装置を備えた適数の型プレートを位置固
定に向かい合わせることにより、造形空間を形成するよ
うにしてもよい。

また、導き入れた微細粒子を案内するだけでなく、それ
を加圧する手段、例えば複数の加圧ローラを狭い間隔で
配設した加圧装置を備えた造形手段を用いるようにする
ことも可能である。

さらに本発明は、Ａ　Ａ！　−Ｌ　ｉ合金鋳塊の製造に
好適に適用し得るものではあるが、それのみに限られる
ことなく、例えばＡ７！−３ｍ合金鋳塊あるいはＡ６−
Ｃａ合金鋳塊等の、要するに従来の金型鋳造やダイレク
ト・チル法では、ガス吸収や偏析のために健全な鋳塊が
得られなかったようなも４ のについて、好適に適用し得るのである。

その（１！！にも、本発明の趣旨を逸脱することなく、
当業考の知識に基づいて種々なる変更、改良等を加えた
態様で、本発明を実施し得ることシＪ−言うまでもない
ところである。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明を実施するのに好適な鋳塊製造装置の−・
具体例を１既念的に示す概略図であって、併−１↓で本
発明方法の具体例を説明する図でもＪ）る。 ２：装置ハウジング　４：密閉室 １０：タンデソシプ、１２−合金ｌ容湯１４：熔解炉　
１８：／８湯流下ノズル２２ニストッパロッド　２４；
ガス噴出ノズル４０：プーリ　４２：無限ヘルド ４４．４６：冷Ｊ、ｌｌ装置　４８；ダミーブロック５
０：微細粒子　５２：Ａ４合金鋳塊 出願人　住友軽金属工業株式会社 ５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 不活性ガス雰囲気に保たれた室内に少なくとも噴霧手段
   および造形手段を配置せしめ、所定のアルミニウム合金
   材料を所定の熔解手段にて溶解せしめた後、その溶解さ
   れた合金溶湯を前記噴霧手段に導き、該噴霧手段によっ
   て微細粒子状に噴霧−１しめ、次いでかかる噴霧によっ
   て形成される微細粒子が完全には固化しない間に、それ
   ら粒子を集めて前記造形手段によって所望の鋳塊に形成
   するようにしたことを特徴とするアルミニウム合金鋳塊
   の製造方法。